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方程式(30)中的活性係數γ2可以藉由 Wilson、NRTL、UNIQUAC 等估算活性係數的方程式而得,本論文所使用的這些方程式,列於表 6。

溶液的閃火點可用方程式(30)、(12)式和表 1 之方程式來聯立計 算求得,滿足於方程式(30)、(12)的溫度,即為閃火點。

5-2 理想溶液時通式之簡化 人用來預測航空燃料油混合物(JP-4/JP-8、JP-5/JP-8)閃火點的模式[28]

5-3.2 三成份溶液閃火點之預測模式

5-4.2 三成份水溶液閃火點之預測模式

第六章 結果

6-1 水溶液閃火點預測模式使用之參數

本研究水溶液閃火點預測模式已在 4-1 提出,而當水溶液為理想溶 液時的簡化模式則在 4-2 提出,簡化過後相當於 Crowl 和 Louvar 所使用 的方法[12]。本論文將採用以上兩種模式來預測下列雙成份水溶液的閃火 點: 水+甲醇、水+乙醇、水+丙醇、水+異丙醇(IPA)等水溶液。這 些水溶液全都為非理想溶液且各易燃性物質的活性係數均大於

1[3.5.6.13.17.18.30]

。對於每一種易燃性液體水溶液的液相活性係數,本論文 中,均利用不同的活性係數方程式如 NRTL [25]、Wilson [29]及 UNIQUAC[1]

等方程式來估算,接著再將估計所得的活性係數代入閃火點預測模式以 估算水溶液的閃火點,得根據不同方程式估算活性係數後得而來的閃火 點預測曲線,再與實驗值作比較。水溶液閃火點預測模式所使用的參數 包括了安東尼係數、估算活性係數所需方程式如 Wilson[29]、NRTL[25]、 或 UNIQUAC[1]方程式的參數,以及易燃性純物質的閃火點。本研究所 使用的物質之安東尼係數取於文獻[10.16.24.26]

,取自不同文獻的原因為單一 一文獻並非有全部所需要用到的參數,見於表 2。

另外在預測閃火點時,針對同一個估算活性係數的方程式,本論文 採用不同來源的參數值,來預測水溶液閃火點並與實驗值作比較。本研 究使用的 Wilson、NRTL、或 UNIQUAC 參數取於相關文獻[3.5.6.13.17.18.30], 見表 3。利用 UNIQUAC[1]方程式估算活性係數時所需要的凡德瓦體積參 數(r)以及表面面積參數(q)則列於表 4。表 4 也有列出估算 Wilson[29]方程 式參數所需要的比容(specific volume),其相關公式可在表 1 看到。本 研究所使用的易燃性純物質閃火點可使用閃火點測試儀測試得到。表 5 為文獻中醇類物質的閃火點與本論文之實驗值比較。

比較特別的是本研究中所使用的丙醇,文獻中 SFPE handbook [27]和 Merck[23]所提及的閃火點是不同的,SFPE handbook [27]為 15℃、Merck[23]

為 22℃,藥品供應商 J.T.Baker 所提供的丙醇閃火點建議值為 23℃。而 本研究丙醇的實驗值較接近 Merck[23]所提。在其他物質方面,乙醇的閃 火點值和文獻所提供的數值相同,但甲醇與異丙醇實驗值和文獻所提及 的有稍許的差異。本研究的閃火點實驗數據與 SFPE[27] handbook、Merck[23]

文獻值的不同可能為使用物質純度不同或者是在測試的過程中所使用的 標準測試方法不同所致。

6-2 雙成分水溶液閃火點的變化

利用不同的活性係數方程式預測甲醇水溶液閃火點曲線與實驗值作 比較,見圖 5。另外利用方程式(21)即 Crowl 和 Louvar 所提方法預測 出的曲線也附在圖 5 中。藉著方程式(21)可看出 Crowl 和 Louvar 的方 法所模擬出的曲線,雖然此方法可以在水的組成接近於零時可準確的預 測閃火點溫度,但隨著水的組成增加時閃火點溫度卻比同樣條件下的實 驗值為高。相比之下,利用 Wilson、NRTL 或 UNIQUAC 方程式來估算 活性係數所預測出的閃火點曲線雖有差異,但與實驗數據值比較皆比 Crowl 和 Louvar 所提出的方法預測的準確,和 Crowl 和 Louvar 所提出的 方法相較之下,更驗證了本研究在預測水溶液閃火點曲線是相當準確的。

從不同的文獻[3.17]來源所得到的 Wilson、NRTL、或 UNIQUAC 方程 式參數值所估算的甲醇水溶液活性係數繪圖於圖 6,從圖 6 中可以看出這 些估算出的活性係數值皆大於 1,即水溶液閃火點行為正偏差於理想溶 液,正偏差行為所造成的結果為溶液的閃火點會比理想溶液預期的還 低。Crowl 和 Louvar 主要以拉午耳定律為假設,當水組成接近零時,此 時拉午耳定律成立,利用這個方法預測閃火點即非常的準確。除了預測

甲醇水溶液的閃火點之外,本研究所提的預測模式尚預測乙醇、丙醇、

及異丙醇等水溶液,圖 7、8、9,比較這些水溶液的預測曲線與實驗值。

於水溶液閃火點預測模式中任選 Wilson、NRTL、或 UNIQUAC 方程 式中一個來估算的水溶液活性係數,均可以準確的預測乙醇、丙醇、及 異丙醇等水溶液的閃火點。雖然用 Khalfaoui 等人[17] 文獻的 Wilson、

NRTL 方程式係數來預測異丙醇水溶液閃火點在水的組成接近 1 時與實 驗值有所偏差,但由 Khalfaoui 等人和 Wolf 等人[30] 所提出的參數值應用 在 UNIQUAC 方程式來預測異丙醇的水溶液閃火點卻相當準確。而上述 針對異丙醇水溶液的預測曲線和實驗數據間偏差的原因很有可能為 Khalfaoui 等人利用最適方法求取 Wilson、NRTL 方程式的參數,所得到 的參數值並非整個的最小值(global minimum)而是局部的最小值(Local minimum),因此要利用來描述整個曲線便會有誤差存在。

在甲醇水溶液中,以 Crowl 和 Louvar 提出的方法[12]預測所得的預測 曲線與實驗數據並不符合,同樣的情形也發生於乙醇、丙醇、異丙醇等 水溶液中(圖 7、8、9)。而 Crowl 和 Louvar 提出的方法所預測出的結果 與實驗數據的結果不相同的主要原因和前述甲醇水溶液的原因一樣,於 乙醇、丙醇、異丙醇等水溶液中 Crowl 和 Louvar 所採用的拉午耳定律皆 不能有效地描述非理想液體的行為,在圖 10、11、12 可以驗證易燃性物 質的活性係數明顯的偏離於 1。圖 10、11、12 也說明了乙醇、丙醇、異 丙醇水溶液的活性係數比甲醇水溶液的活性係數來的大,這樣的行為說 明了乙醇、丙醇、異丙醇水溶液比甲醇水溶液更偏離於理想溶液了。由 圖 7、8、9 中可發現,在乙醇、丙醇、異丙醇等水溶液,若以假設水溶 液為理想溶液的 Crowl 和 Louvar 所提方法預測時,預測曲線與實驗數據 偏差的現象更大,如此一來,安全上的考量上,若以 Crowl 和 Louvar 所 提方法預測曲線來做評估則會低估危害性。

此現象以丙醇水溶液尤為明顯,當丙醇的莫耳濃度為 0.1(水的莫耳 濃度為 0.9)時,以 Crowl 和 Louvar 的方法來估計,此時丙醇水溶液的 閃火點已提高至 60℃,但實驗的閃火點數值卻依然很低,同樣的濃度下 實驗值為 28℃。因此對於當水的濃度慢慢增加時,若以 Crowl 和 Louvar 的方法來預測水溶液的閃火點與實驗數據會有明顯偏差,但當水的濃度 幾乎等於零時,此時水溶液中易燃性物質符合路易斯冉道耳定律

(Lewis-Randll rule),於此組成的範圍下,以採用拉午耳定律的 Crowl 和 Louvar 方法預測水溶液的閃火點才會準確。

6-3 雙成分水溶液模式預測曲線與實驗數據值比較

在此章節,利用第四章第三節所提的方程式(24)來預測甲醇、乙 醇、丙醇、異丙醇等水溶液的組成對閃火點的影響,其預測結果並與實 驗測得的結果做比較。本節中甲醇和乙醇液相的活性係數利用 NRTL方 程式[25]估算,丙醇則使用 Wilson 方程式[29],而異丙醇則使用 UNIQUAC 方程式[1]。這些水溶液活性係數方程式,如 NRTL 方程式、Wilson 方程 式、UNIQUAC 方程式的參數取自於文獻中[3.5.17],且列於 Table 3。安東 尼係數也取自於文獻[10.15.24.26]

,列於表 2。

利用方程式(24)所模擬出之組成對溶液閃火點的影響預測與實驗 數據的比較可見於圖 13,基於理想溶液假設將方程式(24)簡化後所得 的方程式(28),所預測的曲線同樣繪於圖 13 中。在圖 13 中可看到,理 想溶液下組成對閃火點的影響,其曲線比甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇等 水溶液的實驗數據都來的高。如此預測出的結果有可能會誤導人們以為 以水稀釋溶液可提高溶液的閃火點,而相信可以降低易燃性物質發生火 災爆炸的潛在可能性,事實上,實驗數據並不支持上述的結果。

圖 13 中可以清楚的看到,高濃度易燃性物質的水溶液其組成對閃火

點的影響大多很小,且大致都小於 20℃,但當易燃性物質為低濃度時其 組成對閃火點的影響就很大。因此,要提高水溶液的閃火點以降低易燃 性溶液的火災爆炸危害,為當易燃性物質的的濃度為低濃度時,以加水 稀釋水溶液,水溶液的閃火點才會明顯的提高。

6-4 三成分水溶液模式預測曲線與實驗數據值比較

此章節利用第五章第三節所提方法來預測水+甲醇+乙醇與水+甲 醇+異丙醇等水溶液閃火點,以不同的活性係數方程式預測水溶液閃火 點的曲面與實驗值作比較,幾乎相符合,見圖 14~20。圖 15 與圖 16 為 圖 14 之側面圖,圖 15、16 中比較清楚可看到閃火點對水+甲醇+乙醇 水溶液組成的變化;同樣的,圖 18 與圖 19 為圖 17 之側面圖,圖 18、19 中比較清楚可看到閃火點對水+甲醇+異丙醇水溶液組成的變化。

從不同文獻來源所得到的 Wilson、NRTL、UNIQUAC 方程式參數值 模擬所得水+甲醇+乙醇水溶液閃火點預測曲面。所得四個曲面中,以 Gmehling 參數來源的 NRTL、Wilson、UNIQUAC 方程式所預測之閃火點 的三曲面幾乎重疊,而另一個以 Kurihara 參數來源的 NRTL 方程式所預 測之曲面則與另三個曲面分開。圖 15、16 可以清楚的見到當水的組成約 小於 0.8 時,以 Kurihara 參數預測曲面低於以 Gmehling 參數預測曲面;

但當水的組成約大於 0.8 時,以 Kurihara 參數預測曲面則在以 Gmehling 參數預測曲面之上,水的組成約 0.8 時成為很明顯的交界面。圖 15 水+

甲醇+乙醇水溶液閃火點預測曲面中,以 Gmehling 參數來源的 NRTL、

Wilson、UNIQUAC 方程式所預測之閃火點三個曲面與實驗數值較為吻 合。

在圖 17~19 水+甲醇+乙醇水溶液閃火點預測曲面,以 Gmehling 參 數來源的 NRTL、Wilson、UNIQUAC 方程式所預測之閃火點三個曲面與

實驗數值做比較,皆為符合。由上述這三個方程式所預測的閃火點三個

實驗數值做比較,皆為符合。由上述這三個方程式所預測的閃火點三個

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